计算机系统结构课程设计---简单16位CPU设计.doc

****** 设 计 题 目：课 程：院 （部）： 专 业： 班 级： 学生姓名： 学 号： 指导教师： 完成日期： *******计算机科学与技术学院 简单16位CPU设计 一、实验内容 完成从指令系统到CPU的设计，编写测试程序，通过运行测试程序对CPU设计进行正确性评定。具体内容包括：典型指令系统（包括运算类、转移类、访存类）设计；CPU结构设计；CPU的VHDL程序代码编写；规则文件与调试程序设计；CPU调试及测试程序运行。 二、实验目的及要求 1．加深对计算机的基本概念、基本原理和基本结构的理解握计算机组成与系统结构方面的基本设计、分析与实现方法 （2）在表达式求值方面，比其它类型指令集结构，具有更大的灵活性; （3）寄存器可以用来存放变量； a.减少存储器的访问量，加快程序的执行速度。（因为寄存器比存储器快） b.可以用更少的地址位来寻址寄存器，从而可以有效改进程序的目标代码大小。 由于通用寄存器型指令系统存在诸多的优点因此我们选择通用寄存器型指令结构。 指令格式与功能 ADD DR,SR 指令编码： 功能：DR DR+SR，影响C和Z标志，PC PC+1。 INC DR 指令编码： 功能：DR DR+1，影响C和Z标志，PC PC+1 SUB DR,SR 指令编码： 功能： DR DR-SR，影响C和Z标志，PC PC+1 DEC DR 指令编码： 功能：DR DR-1，影响C和Z标志，PC PC+1 AND DR，SR 指令编码： 功能：DR DR and SR，影响Z标志，PC PC+1 OR DR，SR 指令编码： 功能：DR DR or SR，影响Z标志，PC PC+1 NOT DR 指令编码： 功能：DR not SR，影响Z标志，PC PC+1 MOV DR，SR 指令编码： 功能：功能：DR SR，不影响标志位，PC PC+1 JMP ADR 指令编码： 功能：PC ADR JNC ADR 指令编码： 功能：如果C=0，则PC ADR；如果C=1，则PC PC+1 JNZ ADR 指令编码： 功能：如果Z=0，则PC ADR；如果C=1，则PC PC+1 MVRD DR，DATA 指令编码： 功能：DR DATA，PC PC+2 LDR DR，SR 指令编码： 功能：DR [SR],PC PC+1 STR SR，DR 指令编码： 功能：[DR] SR,PC PC+1 NOP 指令编码： 功能：PC PC+1 16、补充： PUSH SR SR入栈 POP DR 出栈 ( DR RET 子程序返回 CALL ADR 调用首地址在ADR的子程序(双字指令) 指令编码 CPU为16位：CPU的并行处理能力16位，总线宽度为16位，指令长度至少16位。 采用对称式寄存器结构：无累加器的概念，形成的通用寄存器组有两个输出端口（读端口）、一个输入端口（写端口）。共设有4个R（R0-R3）。 指令分类：运算类、转移类、访存类。 用两位编码： IR15, IR14 运算类： 0 0 转移类： 1 0 访存类： 1 1 运算类： (IR15=0) IR14, IR13, IR12 ADD 0 0 0 INC 0 0 1 SUB 0 1 0 DEC 0 1 1 AND 1 0 0 OR 1 0 1 NOT 1 1 0 NOP 1 1 1 结果处理（送R或送M） 两种选择，1位编码： IR0=1:送DR; 影响Z标志否， 1位编码：IR1=1,影响; 影响C标志否， 1位编码：IR2=1,影响。 没用的位设为0（保留位） 指令机器码: ADD DR, SR 0000 DR SR-000